镁合金及其中高热稳定细小粒子的原位制备方法

本发明属于镁合金制备，涉及一种镁合金及其中高热稳定细小粒子的原位制备方法。

背景技术：

1、镁合金作为最轻的金属结构材料，具有低密度、高比强度、良好的阻尼性能与电磁屏蔽性以及良好的加工性能等优点，被广泛应用于汽车、航空航天与3c领域。然而镁合金较差的高温力学性能限制了其更广泛的应用。提高镁合金在高温力学性能的主要措施是向镁合金中引入高热稳定的第二相粒子。例如，lian-yi chen在nature期刊上发表的“processing and properties of magnesium containing a dense uniform dispersionof nanoparticles”学术论文中报道了向mg2zn合金中引入高热稳定的纳米sic颗粒，显著提高了mg2zn合金的高温强度。由此可见，引入高热稳定的粒子是提高镁合金高温力学性能的重要手段。

2、当前镁合金中引入第二相粒子的主要是在熔体中实现的，例如j.medina在journal of magnesium and alloys期刊上发表的“high temperature mechanicalbehaviour of mg–6zn–1yalloy with 1wt.％calcium addition:reinforcing effectdue to i-(mg3zn6y1)and mg6zn3ca2phases”学术论文中报道了在mg–6zn–1y合金熔炼过程中加入1wt.％的ca后生成了mg6zn3ca2相，相比于mg–6zn–1y合金中的mg3zn6y1相，mg6zn3ca2相具有更高的热稳定性，在高温下能够承受更大的载荷，使合金200℃屈服强度从41mpa提高到96mpa。

3、然而，熔体中高熔点第二相总是先于镁基体而形成析出，并且在熔体中易发生粗化。例如yiwen chen在journal of materials science&technology期刊上发表的“phaseequilibria of long-period stacking ordered phase in the ternary mg-y-alalloys”学术论文中报道了铸造mg-al-y合金中生成了高熔点的al2y相，其尺寸约为10μm～20μm。粗大的第二相往往不利于镁合金力学性能的提升。

4、因此，在镁合金中引入细小的、高热稳定的第二相粒子是对于提高镁合金高温性能具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种镁合金及其中高热稳定细小粒子的原位制备方法，在镁合金中制备出细小的高热稳定粒子，以解决现有技术中高热稳定第二相在液相中发生粗化的问题，进而改善镁合金的高温力学性能。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种镁合金中高热稳定细小粒子的原位制备方法，包括以下步骤：

4、s1：选取mg-re(镁-稀土)系合金、纯al(铝)为原材料；

5、s2：对mg-re系合金和纯al进行表面处理，以去除表面油污与氧化物；

6、s3：将表面处理后的mg-re系合金和纯al进行固相复合，得到mg-re/al复合材料；

7、s4：对mg-re/al复合材料进行扩散退火，以促进al元素和re元素之间的扩散反应，进而在mg-re/al复合材料中原位生成尺寸为40nm～300nm的高热稳定al-re粒子。

8、进一步地，步骤s1中所述mg-re系合金包括mg-y系合金和mg-gd系合金，所述纯al包括商业纯al和高纯al。

9、进一步地，所述mg-re系合金和纯al的几何形状包括板材和颗粒。

10、进一步地，步骤s2中，对mg-re系合金和纯al进行表面处理的方法包括机械打磨、超声波清洗以及酸洗。

11、进一步地，步骤s3中，对mg-re合金与纯al进行固相复合的方法包括轧制、挤压、热压烧结以及扩散复合。

12、进一步地，步骤s4中，所述扩散退火温度为250℃～500℃，并通过调控扩散退火的温度和时间，以调整al-re粒子的尺寸、数量以及分布特征。

13、进一步地，还包括步骤s5和s6；

14、s5.将步骤s4中保温后的mg-re/al复合材料切割为大小相同的两部分，并将切割得到的两部分mg-re/al复合材料返回步骤s2；

15、s6.重复步骤s2至s5，以累积固相复合与扩散退火，直到调整al-re粒子的尺寸、数量以及分布特征至指定要求。

16、进一步地，步骤s3中，对mg-re系合金和纯al进行固相复合前，需在惰性气氛中对mg-re系合金和纯al进行预热。

17、一种镁合金，其特征在于，包括所述的镁合金中高热稳定细小粒子的原位制备方法所制备得到的镁合金。

18、本发明的有益效果在于：

19、1、本发明提供的一种镁合金中高热稳定细小粒子的原位制备方法，将mg-re合金与纯al进行固相复合，并通过热处理促进元素扩散反应的发生，在mg-re/al复合材料中生成大量细小的al-re第二相粒子(40nm～300nm)，其尺寸远小于传统熔体中生成的第二相粒子；并且al-re粒子通常具有极高的熔点(例如al2y粒子的熔点高达～1490℃)，远远高于镁基体的熔点(纯mg的熔点～660℃)，能够在高温下保持稳定，具有更为显著的高温强化效果，从而提高镁合金的高温力学性能。

20、2、本发明通过固相扩散反应原位合成al-re粒子，能够在较低稀土含量镁合金中合成较多第二相粒子，相比于传统稀土耐热镁合金能够减少稀土元素的使用，降低生产成本；并且本发明中第二相粒子的尺寸与分布受到热处理工艺影响，所以可通过调整热处理工艺对镁合金复合材料中第二相粒子尺寸与分布进行调控。

21、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种镁合金中高热稳定细小粒子的原位制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的镁合金中高热稳定细小粒子的原位制备方法，其特征在于：步骤s1中所述mg-re系合金包括mg-y系合金和mg-gd系合金，所述纯al包括商业纯al和高纯al。

3.根据权利要求1所述的镁合金中高热稳定细小粒子的原位制备方法，其特征在于：所述mg-re系合金和纯al的几何形状包括板材、管材、箔材和颗粒。

4.根据权利要求1所述的镁合金中高热稳定细小粒子的原位制备方法，其特征在于：步骤s2中，对mg-re系合金和纯al进行表面处理的方法包括机械打磨、超声波清洗以及酸洗。

5.根据权利要求1所述的镁合金中高热稳定细小粒子的原位制备方法，其特征在于：步骤s3中，对mg-re合金与纯al进行固相复合的方法包括轧制、挤压、热压烧结以及扩散复合。

6.根据权利要求1所述的镁合金中高热稳定细小粒子的原位制备方法，其特征在于：步骤s4中，所述扩散退火温度为250℃～500℃，并通过调控扩散退火的温度和时间，以调整al-re粒子的尺寸、数量以及分布特征。

7.根据权利要求1所述的镁合金中高热稳定细小粒子的原位制备方法，其特征在于：还包括步骤s5和s6；

8.根据权利要求1所述的镁合金中高热稳定细小粒子的原位制备方法，其特征在于：步骤s3中，对mg-re系合金和纯al进行固相复合前，需在惰性气氛中对mg-re系合金和纯al进行预热。

9.一种镁合金，其特征在于，包括根据权利要求1～8任一项中所述的镁合金中高热稳定细小粒子的原位制备方法所制备得到的镁合金。

技术总结本发明属于镁合金制备技术领域，涉及一种镁合金及其中高热稳定细小粒子的原位制备方法，包括以下步骤：选取Mg‑RE系合金、纯Al为原材料；对Mg‑RE合金和纯Al进行表面处理，以去除表面油污与氧化物；将表面处理后的Mg‑RE系合金和纯Al进行固相复合，得到Mg‑RE/Al复合材料；对Mg‑RE/Al复合材料进行扩散退火，以促进Al元素和RE元素之间的扩散反应，进而在Mg‑RE/Al复合材料中原位生成尺寸细小的高热稳定Al‑RE粒子。将Mg‑RE合金与纯Al进行固相复合，并通过热处理促进元素扩散反应的发生，在Mg‑RE/Al复合材料中生成大量细小的Al‑RE第二相粒子(40nm～300nm)，其尺寸远小于传统熔体中生成的第二相粒子，具有更为显著的高温强化效果。技术研发人员：何维均,冯洋,徐慧,蒋斌,潘复生受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/11/7